DE2445067B2

DE2445067B2 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE KNOCKING NOISE OF A COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: DE2445067B2
Application number: DE19742445067
Authority: DE
Inventors: Virgilio Dr San Donato Milanese; Gaetani Bruno Mailand; Manotti Afro San Donato Milanese; Arrigoni (Italien)
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1977-09-08
Also published as: RO71351A; NL7412082A; SE7412018L; GB1485966A; ATA767774A; LU70887A1; NO743413L; ES430565A1; BE819791A; DK429274A; CA1017597A; IT993371B; FR2244981B1; DE2445067A1; DE2445067C3; US3950981A; CH586898A5; SU564828A3; FR2244981A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Klopfgeräusche eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The invention relates to a method for determining the knocking noises of an internal combustion engine the preamble of claim 1 and a device for performing this method according to the Preamble of claim 3.

Klopfgeräusche eines Verbrennungsmotors, also das sogenannte Klopfen, können durch Erfassen der dafür typischen Druckschwingungen oder der resultierenden Schwingungen des Zylinderkopfes oder anderer Teile des Motors ermittelt werden. Hierbei sind außerdem auf das Klopfen bezogene Signale stets Geräuschsignale vorhanden, die gewöhnlich auf die Bewegung der Maschinenteile, Druckresonanzen und elektrische Geräusche zurückgehen.Knocking noises of an internal combustion engine, so the so-called knocking, can be detected by detecting the typical pressure vibrations or the resulting vibrations of the cylinder head or other parts of the engine can be determined. In addition, signals related to knocking are always noise signals present, usually due to the movement of machine parts, pressure resonance, and electrical noise.

Man hat bereits versucht, die Geräuschsignale durch Fühlersysteme Und Abtastverfahren zu unterdrücken. So ist es bekannt, daß die mit dem Klopfen in Verbindung stehenden Phänomene nach dem Zeitpunkt des höchsten Druckes auftreten und bei einem bestimmten Kurbelwdlenwinkel wieder verschwinden. Entsprechend hat die Anrnelderin mit dem IT-Patent 08 122 bereits vorgeschlagen, zur Verbesserung des Signal-Geräusch-Verhältnisses die Instrumente zur Erfassung des Klopfens nur während bzw. innerhalb des genannten Kurbelwellenwinkel-Bereiches messen zu lassen. In dem dadurch erhaltenen Meßsignal verbleibt trotzdem ein noch störender Geräuschanteil.Attempts have already been made to suppress the noise signals using sensor systems and scanning methods. So it is known that the phenomena associated with knocking depend on the point in time of the highest pressure and disappear again at a certain crank angle. Accordingly, the applicant has already proposed with the IT patent 08 122 to improve the Signal-to-noise ratio the instruments for detecting knock only during or within the to measure the crankshaft angle range mentioned. Remains in the measurement signal thus obtained still a disturbing noise component.

Bei einem anderen vorgeschlagenen Verfahren wird die Intensität des Hintergrundgeräusches durch einenIn another proposed method, the intensity of the background noise is determined by a Probelauf mit Brennstoff ermittelt, dessen Oktanzahl so hoch ist, daß keine Klopfgeräusche auftreten können. Da das für diesen Fall ermittelte Signal eindeutig nur auf Störgeräuschen beruht, kann es zur Elimination der Stör- oder Hintergrundgeräusche verwendet werden, indem es vom Meösignal subtrahiert wird. Die Subtraktion kann dabei während der Messung oder nach der Messung in einem getrennten ArbeitsgangTest run determined with fuel whose octane number is so high that no knocking noises can occur. Since the signal determined for this case is clearly based only on background noise, it can be used to eliminate the Interfering or background noise can be used by subtracting it from the measuring signal. the Subtraction can be done during the measurement or after the measurement in a separate operation

^erDas^eHintergrundgeräusch hängt von verschiedenen Einflußgrößen ab, insbesondere der Drehzahl des Motors. Es gibt daher auch schon Vorrichtungen, bei denen ein zur Kompensation des Hintergrundgeräusches zugeführtes Korrektursignal in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors variiert wird. Bei einer anderen Vorrichtung wird das Meßsignal mit einem Korrektursignal verknüpft, das durch einen zusätzlichen Signalaufnehmer erzeugt wird, welcher nur sehr wenig durch die Klopfgeräusche beeinflußt wird. Abgesehen von der Notwendigkeit eines zweiten Signalaufnehmers kann der von diesem erfaßte Geräuschpegel einen anderen Verlauf als der Geräuschpegel im Meßsignal haben, wodurch eine genaue Korrektur vereitelt wird. ^he ^e The background noise depends on various influencing factors, particularly the speed of the motor. There are therefore also devices in which a correction signal supplied to compensate for the background noise is varied as a function of the speed of the motor. In another device, the measurement signal is linked to a correction signal which is generated by an additional signal pick-up which is only very little influenced by the knocking noises. Apart from the need for a second signal pick-up, the noise level detected by it can have a different course than the noise level in the measurement signal, which prevents an accurate correction.

Aus der US-PS 34 56 493 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei denen das zur Kompensation des Hintergrundgeräusches bestimmte Korrektursigna! der Intensität des Gesamtsignals jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt proportional ist. Das Korrektursignal wird aus dem Gesamtsignal durch Abtastung des momentanen Spitzenwertes eines negativen Teils des Gesamtsignals und anschließende Integration und Verstärkung gebildet Dieses Vorgehen beruht auf der Annahme, daß der negative Spitzenwert des Gesamtsignals dessen positivem Spitzenwert ohne Klopfen proportional ist und deshalb das Korrektursignal bei geeigneter Einstellung der Verstärkung diesem positiven Spitzenwert, der unmittelbar vor Auftreten eines eventuellen Klopfens liegt, gleichgemacht werden könne. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Annahme nur bedingt richtig ist und jedenfalls mit einem von Fall zu Fall unterschiedlichen Proportionalitätsfaktor gerechnet werden muß. Es ist deshalb auch vorgesehen, daß zur Anpassung an individuelle Umstände zusätzlich die Spannungslage und die Steigung des Korrektursignales von Hand durch eine entsprechende Einstellung beeinflußt werden. Dies ist umständlich und kann nicht immer, namentlich nicht bei unbekannten Untersuchungsverhältnissen, gewährleisten, daß die Klopfgeräusche wirklich genau ermittelt werden. Außerdem ist zur Unterscheidung der positiven und negativen Gesamtsignal-Teile eine vorzeichenrichtige Erfassung notwendig, was nur mit einem an den Zylinderraum angeschlossenen Druckwandler möglich ist.From US-PS 34 56 493 a method and a Apparatus of the type mentioned is known in which the correction signal intended to compensate for the background noise! the intensity of the Total signal is proportional to a given point in time. The correction signal is derived from the Total signal by sampling the current peak value of a negative part of the total signal and subsequent integration and reinforcement formed This procedure is based on the assumption that the negative peak value of the total signal, the positive peak value of which is proportional without knocking and therefore the correction signal with a suitable setting of the gain this positive peak value, the immediately before the occurrence of a possible knock can be made equal. It has, however has shown that the assumption is only partially correct and at least varies from case to case Proportionality factor must be calculated. It is therefore also provided that to adapt to individual circumstances, the voltage level and the slope of the correction signal by hand a corresponding setting can be influenced. This is cumbersome and cannot always, especially not in the case of unknown examination conditions, ensure that the knocking noises are really precisely determined will. In addition, to differentiate between the positive and negative total signal parts, detection with the correct sign is necessary, which is only possible with one of the Pressure transducer connected to the cylinder chamber is possible.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen Klopfgeräusche von Verbrennungsmotoren unter allen, auch unter unbekannten Umständen vollkommen selbsttätig genau ermittelt werden können.Accordingly, the invention is based on the object of specifying a method and a device with which knocking noises from internal combustion engines under all, even under unknown circumstances can be determined completely automatically.

Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Verfahren nach der Erfindung ist im Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 3 gekennzeichnet, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung aus dem jeweils anschließenden Unteranspruch hervorgehen.The proposed method according to the invention to solve this problem is set out in claim 1 and The device according to the invention for performing the method is characterized in claim 3, wherein Advantageous embodiments of the method and the device emerge from the respective subsequent dependent claim.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Hintergrundgeräusch, welches als dasjenige GeräuschThe invention is based on the knowledge that the background noise, which as that noise

definiert ist, das während des Intervalls des möglichen Auftretens von Klopfgeräuschen vorhanden ist, sehr gut mit dem Geräuschpegel korreliert werden kann, der während eines dem Klopf-IotervEÜ Unmittelbar vorhergehenden Zeitintervalls des gleichen Motortaktes vorhanden ist. Der Einfachheit halber wird hierbei der vom Kolben während eines Taktes zurückgelegte Gesamtweg in zwei Intervalle aufgeteilt, von denen das erste in Beziehung zum Auftreten von Klopfen und das zweite in Beziehung zum Fehlen von Klopfen steht. Entsprechend genügt es zur Korrektur, vom Gesamtsignal, das sowohl cüas Klopfen als auch das Hintergrundgeräusch umfallt, ein Korrektursignal zu subtrahieren, das der durchschnittlichen Intensität des einfachen Geräusches während des Teiles des Taktes vor dem Klopfen entspricht Da das Korrektursignal, anders als bei dem letztgenannten bekannten Verfahren, durch Mittelwertbildung über einen vergleichsweise längeren Zeitraum erzeugt wird, bleibt es von Fehlern aufgrund zufälliger momentaner Schwankungen bei seiner Bildung praktisch frei, so daß wirklich eine genaue und sichere Erfassung der Klopfgeräusche erfolgen kann. Auch ist die Relation zwischen dem Geräuschpegel :m Zeitintervall vor dem Klopfen und dem Hiniergnincigeräusch während des Klopf-Intervalls stets praktisch die gleiche, so daß von Fall zu Fall neue Nacheichungen kaum nötig sind. Schließlich is; ei nicht notwendig, das Geräusch mit dem Klopfen vorzeichenrichtig zu erfassen, weshalb sehr einfache Meßaufnehmer, z. B. von außen an den Motor angesetzte Beschleunigungsaufnehmer benutzt werden können. is defined that is present during the interval of possible occurrence of knocking noises, very good can be correlated with the noise level during an immediately preceding the knocking IotervEÜ Time interval of the same engine cycle is available. For the sake of simplicity, the The total distance covered by the piston during a cycle is divided into two intervals, of which the the first is related to the occurrence of knocking and the second is related to the absence of knocking. Correspondingly, it is sufficient to correct, from the overall signal, that both knocking and the background noise fall over to subtract a correction signal, that of the average intensity of the simple noise during the part of the bar before that Knocking corresponds to Da the correction signal, unlike in the last-mentioned known method Averaging is generated over a comparatively longer period of time, it remains due to errors random momentary fluctuations in its formation practically free, so really accurate and safe detection of the knocking noises can take place. Also the relation between the noise level is: m Time interval before the knock and the sound of the beeping practically always during the knocking interval same, so that new recalibrations are hardly necessary from case to case. Finally is; ei not necessary that To detect noise with the knocking with the correct sign, which is why very simple transducers such. B. external accelerometers attached to the motor can be used.

Der Beginn der Erfassung der Störgeräusche für die Herleitung des Korrektursignales sollte zeitlich nicht zu weit vorverlegt sein, damit keine eventuellen »Ausläufer« der Schwingungen aufgrund der Explosion im Zylinder während des vorhergehenden Taktes bzw. nach der vorhergehenden Zündung erfaßt werden. Entsprechend läßt man das Zeitintervall in besonders zweckmäßiger Weise jeweils mit dem Zündzeitpunkt beginnen und, weil das Klopfen im allgemeinen bei Erreichen des höchsten Druckes beginnt, mit dem Zeitpunkt des höchsten Druckes enden.The beginning of the detection of the background noise for the derivation of the correction signal should not be timely be brought far forward so that there are no possible »extensions« of the vibrations due to the explosion in the Cylinder are detected during the previous cycle or after the previous ignition. Accordingly, the time interval is left with the ignition point in a particularly expedient manner begin and, because knocking generally begins when the highest pressure is reached, with the End time of highest pressure.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführun&sbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is described in greater detail below with the aid of a schematically illustrated embodiment explained. In the drawings shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen der Klopfgeräusche eines Verbrennungsmotors mit einer Korrekturschaltung zur Unterdrückung von Hintergrundgeräusch, die zusammen mit einer Summierschaltung gestrichelt eingerahmt ist;F i g. 1 is a block diagram of a device for measuring the knocking noises of an internal combustion engine with a correction circuit for suppressing background noise, which together with a summing circuit is framed by dashed lines;

Fig.2 ein Schaltbild einer Summierschaltung der Vorrichtung gemäß F i g. 1;2 shows a circuit diagram of a summing circuit of the device according to FIG. 1;

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale in eier Vorrichtung gemäß F i g. t.F i g. 3 shows the time course of various signals in a device according to FIG. t.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 3 erreicht ein Zündsignal A, das von einem Signalaufnehmer 3 kommt, einen Impulsformer 4, welcher Impulse A'abgibt, die synchron mit den Zündsignalcn Λ sind und konstante Amplitude und Dauer besitzen. Die Signale A steuern ein Flip-Flop 5. dessen Ausgänge dadurch die Signale B und ß'führen.In the device according to FIG. 1 and 3 has reached an ignition signal A, which comes from a signal sensor 3, a pulse shaper 4 which pulses A 'gives, in synchronism with the Zündsignalcn Λ are and have constant amplitude and duration. The signals A control a flip-flop 5. The outputs of which lead to the signals B and β '.

Die Signale B und B' vom Flip Flop 5 erreichen eine Baugruppe 29, .velche zur Steuerung eines Gatters 8 geeignete Signale Cerzeugt.The signals B and B ' from the flip-flop 5 reach a module 29, .velche generates suitable signals C for controlling a gate 8.

Die Baugruppe 29 umfaßt ein Integrierglied 6 zur AuHadung von Kondensatoren S-S und \Ί, ferner Transistoren 14 und ί5 als Konstantstrom-Entladevorrichtung sowie uiiv: logische Schaltung 9.The assembly 29 comprises an integrating element 6 for charging capacitors SS and , further transistors 14 and ί5 as a constant current discharge device and logic circuit 9.

Durch die Baugruppe 29 soll auch eine symmetrische, nicht gezeigte Baugruppe dargestellt sein, die Eingänge B' und B, also gegenüber der Baugruppe 29 inverse Eingänge besitzt. Diese Baugruppe 29 ist nichtThe assembly 29 is also intended to represent a symmetrical assembly, not shown, which has inputs B ' and B, that is, inputs that are inverse to assembly 29. This assembly 29 is not

S detailliert dargestellt, da sie im IT-Patent 9 08 122 der gleichen Anmelderin erscheint.S shown in detail, as it is in IT patent 9 08 122 of same applicant appears.

Das Gatter 8 empfängt ein Signal M, das wie folgt erhalten werden: Ein Meß-Wandler 1, welcher die Schwingungen des Motors auch die aufgrund vonThe gate 8 receives a signal M, which can be obtained as follows: A measuring transducer 1, which the vibrations of the engine also due to

■ ο Klopferscheinungen, erfaßt, liefert ein den Schwingungen entsprechendes Gesamtsignal an ein Verstärker-Filter 2. Das Signal D, das dem Klopfen zusammen mit dem Hintergrundgeräusch entspricht und vom Verstärker-Filter 2 kommt, wird einerseits einer Summierschal-■ ο Knocking phenomena, detected, supplies an overall signal corresponding to the vibrations to an amplifier filter 2. The signal D, which corresponds to the knocking together with the background noise and comes from the amplifier filter 2, is on the one hand a summing switch

is tung 25 und andererseits einem Gleichrichterglied 23 zugeführt, das zur Gleichspannungswiederherstellung dient und das Signal D vom Verstärker-Filter 2 gleichrichtet.is device 25 and on the other hand a rectifier element 23, which is used to restore the DC voltage and rectifies the signal D from the amplifier filter 2.

Dem Glcichrichterglied ist ein Gatter 21 nachgeschaltet, welcher Signale vom Gleichrichterglied 23 nur bei Vorhandensein eines Signales F von einem Flipflop 20 passieren läßt.The rectifier element is followed by a gate 21, which signals from the rectifier element 23 only when Presence of a signal F from a flip-flop 20 can pass.

Das Flipflop 20 wird durch Zündimpulse A' leitfähig gemacht und anschließend durch die erste Flanke des Signales C rückgesetzt. Das vom Gatter 21 kommende Signal E, welches die Schwingungsintensität unmittelbar vor Beginn des Klopfens repräsentiert, wird einem Spitzenvoltrneter 22 zugeführt, das durch Impulse A' von der Zündung rückgesetzt wird und dadurch als Spitzendetektor wirkt. Das vom Spitzenvoltmeter 22 kommende Signal G wird einem Integrierglied 2'4 zugeführt, welches gleichzeitig als Inverter-Verstärker arbeitet. Das vom !r.tegrierglierJ 24 stammende Signal H gelangt als Korrektursignal zur Summierschaltung 25.The flip-flop 20 is made conductive by ignition pulses A ' and then reset by the first edge of the signal C. The signal E coming from the gate 21, which represents the vibration intensity immediately before the start of knocking, is fed to a peak voltage transformer 22, which is reset by pulses A ' from the ignition and thereby acts as a peak detector. The signal G coming from the peak voltmeter 22 is fed to an integrating element 2'4, which at the same time operates as an inverter amplifier. The signal H originating from the integrator 24 reaches the summing circuit 25 as a correction signal.

Das die Summierschaltung verlassende Signal M besteht daher aus dem Signal D minus dem zum Hintergrundgeräusch in Beziehung stehenden Signal H. Im Gatter 8 ermöglichen die Signale V von der Baugruppe 29 das Passieren des Signales M, wodurch ein Signa! Nerhalten wird, das einem Kurzzeit-Integrator 10 und von dort einem Spitzenvoltmeter Sl zugeführt wird, welches durch die erste Flanke des Signals C rückversetzt wird. Das vom Spitzenvoltnieter 11 kommende Signal R wird mittels einer Integrierschaltung 12 gemitteit, welche ein Signal Γ abgibt, das nur die Klopf-Intensität wiedergibt, also frei vom Hintergrundgeräusch ist. Mit 13 ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung, Anzeige od. dgl. dieses Signals bezeichnet. The signal M leaving the summing circuit therefore consists of the signal D minus the signal H , which is related to the background noise. In the gate 8, the signals V from the assembly 29 enable the signal M to pass, whereby a Signa! N is obtained, which is fed to a short-term integrator 10 and from there to a peak voltmeter S1, which is set back by the first edge of the signal C. The signal R coming from the high-voltage riveter 11 is averaged by means of an integrating circuit 12, which emits a signal Γ which only reflects the knocking intensity, that is to say is free from background noise. With 13 a device for recording, displaying or the like. This signal is referred to.

Fig.2 zeigt Einzelheiten einer Ausbildung der Summierschalturg 25. Danach umfaßt diese einen Kondensator 26, eine Diode 27 und einen als Emitter-Folger geschalteten Transistor 28. Das Signal D wird mittels der Bauelemente 26 und 27 auf einen Pegel gebracht, der höher als der negative Spannungspegcl von der Schaltung 24 (L) ist. Der Ausgang des Transistors 28 stellt daher die Summe der Signale D und f/her.2 shows details of an embodiment of the summing circuit 25. This includes a capacitor 26, a diode 27 and a transistor 28 connected as an emitter follower. The signal D is brought to a level higher than that by means of the components 26 and 27 negative voltage level from circuit 24 (L) . The output of transistor 28 therefore represents the sum of signals D and f /.

Natürlich läßt sich die Unterdrückung des Minier· grundgeräusches der Vorrichtung zur Messung dtr Klopfgeräusche, beispielsweise eines Ve, brennungsiriv>tors, als solche auch bei anderen Vorrichtungen anwenden, die ziT Erfassung oder Messung periodischer Erscheinungen bestimmt sind und deren Signale stetsOf course, the suppression of the Minier basic noise of the device for measuring knocking noises, for example a combustion director, as such also apply to other devices that partly record or measure periodically Appearances are determined and their signals always

i>< durch Hintergrundgeräusche beeinträchtigt werden. Danach sind Anwendungsgebiete z. B. geophysikalische Untersuchungen mit Hufe mehrerer Ladungen, medizinische Aufzeichnungs'nstrumente und so weiter.i> <are affected by background noise. Thereafter, areas of application are z. B. geophysical surveys with hooves of multiple loads, medical Recording instruments and so on.

Hierzu 2 ■■; iatt ZeichnungenFor this 2 ■■; iatt drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum Ermitteln der Klopfgeräusche eines Verbrennungsmotors, bei welchem von einem dem Gesamtgeräusch des Motors entsprechenden Gesamtsignal zur Elimination des Hintergrundgeräusches während des Klopfens ein aus dem Gesamtsignal proportional zu dessen Intensität gebildetes Korrektursignal subtrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektur- to signal als Mittelwert des Gesamtsignals jeweils während eines Zeitintervalls unmittelbar vor Auftreten des Klopfens gebildet wird.1. Method for determining the knocking noises of an internal combustion engine, in which of a the total signal corresponding to the total noise of the engine to eliminate the background noise during knocking in from the Total signal proportional to the intensity of which the correction signal formed is subtracted, characterized in that the correction to signal is formed as the mean value of the total signal during a time interval immediately before the knock occurs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zeitintervall jeweils mit dem Zündzeitpunkt beginnen und mit dem Zeitpunkt des höchsten Druckes enden läßt.2. The method according to claim 1, characterized in that the time interval in each case with the Start the ignition point and end with the point in time of the highest pressure.

3. Vorrichtung zur Durchfahrung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Meß-Wandler für das Gesamtsignal an einen Eingang einer algebraisch arbeitenden Summierschaltung abgibt, die am anderen Eingang ein in einer Korrekturschaltung mit Signaleinrichtung, Spitzenwertabtastung und Integration aus dem Gesamtsignal erzeugtes Korrektursigna! erhält und mit ihrem Ausgangssignal über eine Spitzenwert- und Mittelwertschaltung eine Anzeige steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung ein Gatter (21) enthält, welches mittels eines Flip-Flops (20) jeweils während eines Zeitintervalls unmittelbar vor Auftreten des KIopfens aufgesteuert wird.3. Device for performing the method according to claim 1 or 2 with a measuring transducer for outputs the total signal to an input of an algebraically operating summing circuit which at the other input in a correction circuit with signal device, peak value sampling and Integration of the correction signal generated from the overall signal! receives and with their output signal controls a display via a peak value and mean value circuit, characterized in that the Correction circuit contains a gate (21) which by means of a flip-flop (20) each during a Time interval is opened immediately before the knocking occurs.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Flop (20) durch aus den Zündimpulsen des Motors abgeleitete Signale steuerbar ist4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the flip-flop (20) through from the Ignition pulses of the engine derived signals is controllable